基底表面液态金属电路的化学擦除机制探究

除机械途径外，化学方法同样可以擦除液态金属电路。基本思路是［20］：选择一种化学物质与镓的氧化物起反应，从而降低液态金属与基片之间的润湿性；或者选择一种化学物质直接与液态金属本身起反应，从而破坏液态金属本身。选用的化学材料必须无毒，环保，不与基片反应，并且不影响周围的电路。最后，化学反应残余物还必须容易清除。

镓及其合金通常不会润湿大多数材料。但当部分镓被氧化后，却能润湿大部分材料。这表明镓的润湿能力与其氧化物含量强烈相关。基于这个原因，在打印电子技术中镓基液态金属通常都会被预先部分氧化以增强其润湿能力。

镓的化学性质与铝类似，它也是一种两性物质，能与碱和酸都起反应。所以，人们可以用碱溶液或者酸溶液来擦除镓基合金。

最常用的可溶性碱有NaOH和KOH。这里选用NaOH溶液作为例子来说明如何用碱溶液来移除镓基液态金属。

NaOH与氧化镓，以及NaOH与镓的化学反应方程式如下：

图9.18a显示在光学显微镜下拍到的液态金属电路［23］。实验中使用的NaOH溶液的浓度为6 mol/L，用注射器直接将溶液滴到需要擦除的电路上。用液态金属圆珠笔［24］在PVC基底上直接写出这些EGaIn电路。图9.18b显示了一个注射器的针头将一滴NaOH溶液滴到中间的电路上去。EGaIn电路立刻发生断裂并随着时间的增长快速收缩（图9.18c、图9.18e）。20 s以后，中间的电路收缩到电路的末端（图9.18e）。在吸走NaOH溶液以后，可以清楚地看到中间的EGaIn电路被完全移除（图9.18f）。

图9.18　用NaOH溶液移除液态EGaIn电路的化学方法［23］

a.在PVC基底上原位制备的液态EGaIn电路；b.用注射器的针头将一滴浓度为6 mol/L的NaOH溶液滴到中间的电路上去；c—e.分别为NaOH溶液滴到中间电路上后经过5、10和20秒后的EGaIn电路照片；f.用棉花吸干NaOH溶液后，中间的电路被完全移除。(https://www.xing528.com)

图9.18显示用浓度为6 mol/L的NaOH溶液能够很容易地移除精细的液态EGaIn电路。其原因为碱能与氧化镓起反应从而降低电路与基片之间的润湿能力，这导致液态金属EGaIn电路在基片上发生收缩并从PVC基底上被移除［20］。

此外，从化学里可知镓及其氧化物也能够与强酸，包括盐酸（HCl）、高氯酸（HClO4）、氢溴酸（HBr）、氢碘酸（HI）、硝酸（HNO3）和硫酸（H2 SO4）等起反应。这表明人们也可以利用酸来移除镓基液态金属。这里选用HCl作为例子来说明如何用酸溶液来移除镓基液态金属。

HCl与氧化镓、镓的化学反应方程式分别为：

图9.19a为光学显微镜拍摄的液态金属电路的照片。实验中使用的HCl溶液的浓度为6 mol/L，用注射器直接将溶液滴到需要移除的电路上。用液态金属圆珠笔将EGaIn在PVC基底上直接写出电路（与碱溶液实验中使用过的类似）。图9.19b显示一个注射器的针尖将一滴HCl溶液滴到中间的电路上。EGaIn电路立刻断裂并开始向两边收缩（图9.19c）。在HCl溶液滴到EGaIn电路上10 s以后，EGaIn电路被完全移除（图9.19d）。

图9.19　用HCl溶液移除液态EGaIn电路的化学方法［23］。

a.PVC基片上原位生长的液态EGaIn电路；b.一个注射器的针尖将一滴浓度为6 mol/L的HCl溶液滴到中间电路上；c.在HCl溶液滴到中间的电路1s以后的液态EGaIn电路的照片；d.在HCl溶液滴到中间的电路10s以后的液态EGaIn电路的照片。周边的电路也被腐蚀。

图9.19d进一步显示，HCl不仅腐蚀目标电路，也腐蚀周边电路。相同的现象也在HNO3中被观察到。这个现象可归因于酸的挥发性。换句话来说，酸挥发出来以后飘散到附近的电路上，从而与附近电路上的氧化镓和镓起反应，导致电路收缩。这表明挥发性酸不适合用于移除精细打印的液态金属电路。